JP2005168614A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動子アレイを揺動駆動するモータの機械的振動の先端部への伝達を抑制した体腔内診断用の超音波探触子の提供。
【解決手段】 モータ１０の機械的振動が先端部に伝達する経路であるモータの取付台１１およびハウジング１２と金属ケース９の連接部のそれぞれに、機械的な振動の伝達を抑制する制振合金スペーサ１８ａ、１８ｂおよびガスケット１７を挿入するとともに、ハウジング１２と樹脂ケース２１の接合部を機械的な振動の伝達を抑制する接着剤で固着する。また、ハウジング１２を軸受け１６を有する一体構造として軸受け１６の中心のずれをなくし、軸受けの中心のずれによる先端部のすりこぎ振動を抑制する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、体内に挿入して超音波診断に用いられる超音波探触子の技術分野に属する。

超音波を送受波する振動子アレイを体内に挿入して超音波断層像を得る超音波探触子は、体内の腫瘍などの診断に用いられ、振動子アレイを内蔵する先端部と、先端部を体内の所定の位置まで挿入するための挿入部と、全体を把持して操作する把持部から構成される。

このような体内を診断する超音波探触子の当初の構造は、先端部に複数の振動子が配列された振動子アレイを内蔵し、挿入部および把持部には振動子アレイと超音波診断装置とを電気的に接続する信号線群だけを内蔵する単純なものであった。この当初の超音波探触子は、超音波探触子全体を手動で旋回または移動させて振動子アレイで形成される超音波ビームを走査して超音波断層像を得るものであった。

その後、手動の走査に代わってモータを用いて機械的に走査するものが開発された。この機械的に走査する超音波探触子は、先端部に振動子アレイとともに振動子アレイを機械的に駆動する駆動機構を内蔵し、挿入部には先端部の駆動機構に駆動力を伝達する駆動伝達機構を内蔵し、把持部には駆動力を発生するモータを内蔵する構造である。

最近では、運動する体内の部位のリアルタイムで精細な超音波断層像を得る超音波探触子として、振動子アレイを１秒間に数回に揺動させて高速な揺動走査を行なうものが開発され用いられている。

図４は、高速に揺動走査を行う従来の超音波探触子の内部構造を示したもので、先端部１には振動子アレイ４とそれを揺動させる揺動機構６が内蔵され、揺動機構６は挿入部２に内蔵されるシャフト８の先端と連結され、シャフト８は把持部３の内部で連結機構１３によってモータ１０に連結される。モータ１０は繰り返し反転するように電気的に制御されて繰り返し反転力を発生し、その反転力を連結機構１３とシャフト８によって揺動機構６に伝えて振動子アレイ４を揺動させる（例えば、特許文献１参照）。

図５は、上述した従来の揺動走査の超音波探触子のモータやモータ取付部を内蔵する駆動機構の詳細を示したもので図４のＣ部の拡大図である。
図５に示すように、モータ１０はネジ２５でモータ取付台１１に取り付けられ、モータ取付台１１の内部では連結機構１３によってモータ１０の回転軸とシャフト８が連結される。ハウジング１２はナット１５によって金属ケース９と固定され、その後に軸受け１６が取り付けられた軸受取付金具１９がハウジング１２の内部に挿入されて接着により固定される。

モータ取付台１１、ネジ２５、ハウジング１２、ナット１５およびネジ２３は金属製で導電性があり、モータ取付台１１、ハウジング１２および金属ケース９は機械的な接触により電気的な導通を持つものとなる。モータ取付台１１、ハウジング１２および金属ケース９に電気的な導通を持たせることにより、これらの内部に挿通されている振動子アレイ４の信号線群（図示せず）に対して外部からの電磁的な誘導雑音の遮蔽を行っている。
特開２００１−３２７４９９（図１）

前述のとおり従来の超音波探触子は、電磁的な誘導雑音の遮蔽を行うためにモータ取付台１１、ハウジング１２および金属ケース９を機械的に接触固定させて電気的な導通を持たせた構造であり、走査駆動用モータ１０が繰り返し反転する際の機械的な振動がこれらの金属構成品を通して超音波探触子の先端部１に伝達され、先端部１を振動させてしまう。また、軸受取付金具１９はハウジング１２の内部に接着剤で接着されたもので、接着する際に接着剤層の厚さを全面にわたって均一とすることができないために軸受け１６の中心に僅かなずれが生じてしまう。この軸受け１６の中心のずれのために、シャフト８の繰り返し反転によって超音波探触子の先端部１は、すりこぎ反転振動をすることになる。

本発明が解決しようとする課題は、モータ取付台１１、ハウジング１２および金属ケース９を通して伝達される走査駆動用のモータ１０の振動による先端部１の振動と、軸受け１６の中心の僅かなずれによる先端部１のすりこぎ反転振動が、被検者へ不快感を与えてしまうという問題と、これらの振動が先端部１の振動子アレイ４と振動子アレイによって形成される超音波ビームをも振動させてしまい、この超音波ビームの振動によって超音波断層像の画質を低下させるという問題とを解決するために、モータ取付台１１、ハウジング１２および金属ケース９の電気的な導通を保つとともに機械的な振動の伝達を抑制する機構と、中心のずれの生じない軸受け機構とを有する超音波探触子を提供することにある。

本発明の第１の構成は、下記の各手段を具備することを特徴とする超音波探触子である。
（イ）体内挿入部分の先端に設けられ、超音波の送受波を行う振動子アレイと、振動子アレイを機械的に駆動して超音波ビームを走査する駆動機構とを有する超音波送受波手段
（ロ）前記の駆動機構に回転駆動力を伝達する円柱状のシャフトと、回転するシャフトを保護する円筒状の金属ケースと、その金属ケースの外側を樹脂ケースで覆った体内挿入部
（ハ）体内挿入部の後端にあって、前記体内挿入部のシャフトの軸受けを有し、走査駆動用モータが機械的振動の伝達を抑制する制振合金スペーサを介して取り付けられ、前記体内挿入部の金属ケースとは振動の伝達を抑制する導電性ガスケットを介して結合している駆動機構
上記駆動機構は、従来のハウジング１２と軸受け１６が別体組立てであったことによって生ずる、軸の偏心を防ぐため、これらを一体構造としたものである。

本発明の第２の構成は、第１の構成において、機械的駆動が走査駆動用モータの反転繰り返しによる往復動であることを特徴とする超音波探触子である。

本発明の第３の構成は、前記第１又は第２の構成において、体内挿入部の樹脂ケースと駆動機構との結合が振動減衰接着剤によって接着されていることを特徴とする超音波探触子である。

本発明の超音波探触子は、上記のように、駆動機構における走査駆動用モータは制振合金スペーサを介して取り付けられ、また、駆動機構と体内挿入部の金属ケースとの結合は、電気的導通性を確保しつつ振動の伝達を減衰させるガスケットを介して行われているので、走査駆動用モータの繰り返し反転による振動が先端部に伝わることが抑制されるとともに、軸受けとハウジングが一体構造の軸受け手段を用いているので先端部のすりこぎ反転振動が抑制されることになり、従来の超音波探触子において被検者へ不快感を与えてしまうという問題が解消され、さらに、取得される超音波断層像の画質を低下させるという問題が解消され短時間に精細な超音波断層像が得られるという効果がある。

超音波探触子を体内に挿入して行う診断は、日常経験しない異物を体内に挿入するために一般的には被検者に不快感や違和感を与えるものであり、その診断に用いられる超音波探触子は、被検者への不快感や違和感を可能な限り低減するとともに、診断の時間を短縮でき、また、１度で精密な診断ができるものでなければならない。

超音波探触子の先端部の振動は、被検者の不快感や違和感を増大するとともに超音波画像の画質低下をもたらして精密な診断を阻害するもので、この振動を極力低減することが求められる。先端部の振動を低減する方策としては、その振動の源を断つか、あるいは、振動が伝達する経路の中で振動を抑制し吸収してしまうかのいずれかである。

モータを繰り返し反転させて揺動走査を行う超音波探触子では、モータの反転運動が振動の源であり、それを止めることはできない。そのため先端部の振動抑制の方策としては、先端部への振動の伝達経路の中で振動を抑制し吸収するものが必要となる。この方策の具体的かつ最良の形態は、モータから先端部までの振動伝達経路となるモータが内蔵されて駆動力を発生する駆動機構の内部と、シャフトが内蔵される体内挿入部と駆動機構との接合部において、制振合金スペーサやガスケットや振動減衰接着剤を用いて振動を遮断することである。

また、モータの駆動力を伝達するシャフトの軸受けの中心のずれによって生じる先端部のすりこぎ振動は、その原因が軸受けの中心のずれであり、それを解消する最良の形態は、軸受け手段を従来の接着によるものに代わって中心のずれを生じない一体構造とすることである。

図１は、本発明超音波探触子の実施例の構造を示す断面図である。図２は駆動機構（図１のＡ部）の詳細図、図３はモータ取付部（図２のＢ部）の詳細図で、図３の（ａ）は２枚の制振合金スペーサを用いた場合、（ｂ）は１枚の制振合金スペーサを用いた場合を示す図である。
図１に示すように超音波探触子は、先端部１と、先端部１を体内の所定の位置まで挿入するための挿入部２と、全体を把持して操作する把持部３から構成される。先端部１は、超音波送受波手段を具体化したのもので、振動子アレイ４と超音波窓５と揺動機構６と軸受け１４から構成される。振動子アレイ４は、揺動中心７を中心として揺動機構６によって揺動しながら超音波窓５を通して超音波の送受波を行う。

挿入部２は、体内挿入部を具体化したもので、シャフト８と金属ケース９と樹脂ケース２１から構成される。シャフト８は、先端部１の揺動機構６と連結して揺動機構６を駆動し、樹脂ケース２１は金属ケース９に固着されるとともに先端部１および把持部３にも延長されてこれらを保護する。

把持部３は、図２に示すように、駆動機構とそれを保護するケース２２から構成され、駆動機構は、走査駆動用のモータ１０とモータ取付台１１とハウジング１２とナット１５とガスケット１７と連結機構１３とから構成される。

ガスケット１７は金属粉末や炭素材を混入させた合成ゴムなどの弾性材で作られて、機械的振動の伝達を抑制するとともに導電性を有するものである。このガスケット１７は、図２に示すようにナット１５を金属ケース９にねじ込むことによって金属ケース９と電気的な導通を持たせて樹脂ケース２１に押し当てられる。

ハウジング１２は、電気的な導通を持つ金属製で、シャフト８の軸受け１６を有し軸受け１６の中心を精度良く加工した一体構造である。このハウジング１２は、図２に示すようにその左端部をガスケット１７に接触させて樹脂ケース２１に機械的振動の伝達を抑制する接着剤（例えば、アクリル樹脂エマルジョンを主成分とする接着剤）によって接着されるとともにネジ２４で固定される。また、ハウジング１２は、ネジ２３によって金属製のモータ取付台１１に固定して電気的な導通が持たされる。

モータ取付台１１とハウジング１２の内部の連結機構１３は、走査駆動用のモータ１０の回転軸とシャフト８を連結するもので、電気的に駆動されたモータ１０の繰り返し反転駆動力をシャフト８に伝えて、先端部１の揺動機構６を駆動する。

図２および図３の（ａ）に示すようにモータ１０は、２枚の制振合金スペーサ１８ａ、１８ｂを介してネジ２５およびワッシャ２６によってモータ取付台１１に取付けられる。これらの制振合金スペーサ１８ａ、１８ｂはマンガンをベースとした制振合金（例えば、Ｍ２０５２合金）で作られたもので、モータ１０が発生する繰り返し反転振動がモータ取付台１１に伝達されることを抑制する。なお、図３の（ｂ）に示すように１枚の制振合金スペーサ１８ｃを介してネジ２７、ワッシャ２８、ネジ２９、ワッシャ３０によってモータ１０をモータ取付台１１に取付けても良い。

なお、詳細を図示していないが、把持部の内部には振動子アレイ４の信号線群２０と走査駆動用モータの駆動信号線（図示せず）が挿通される。

本発明の超音波探触子の実施例の構造を示す断面図である。 本発明の超音波探触子の駆動機構（図１のＡ部）の実施例の構造を示す詳細断面図である。 本発明の超音波探触子のモータ取付部（図２のＢ部）の実施例の構造を示す詳細断面図である。 従来の超音波探触子の構造を示す断面図である。 従来の超音波探触子の駆動機構（図４のＣ部）の構造を示す詳細断面図である。

符号の説明

１ 先端部
２ 挿入部
３ 把持部
４ 振動子アレイ
５ 超音波窓
６ 揺動機構
７ 揺動中心
８ シャフト
９ 金属ケース
１０ モータ
１１ モータ取付台
１２ ハウジング
１３ 連結機構
１４ 軸受け
１５ ナット
１６ 軸受け
１７ ガスケット
１８ａ 制振合金スペーサ
１８ｂ 制振合金スペーサ
１８ｃ 制振合金スペーサ
１９ 軸受取付金具
２０ 信号線群
２１ 樹脂ケース
２２ ケース
２３ ネジ
２４ ネジ
２５ ネジ
２６ ワッシャ
２７ ネジ
２８ ワッシャ
２９ ネジ
３０ ワッシャ

Claims (3)

1. 下記の各手段を具備することを特徴とする超音波探触子。
   （イ）体内挿入部分の先端に設けられ、超音波の送受波を行う振動子アレイと、振動子アレイを機械的に駆動して超音波ビームを走査する駆動機構とを有する超音波送受波手段
   （ロ）前記の駆動機構に回転駆動力を伝達する円柱状のシャフトと、回転するシャフトを保護する円筒状の金属ケースと、その金属ケースの外側を樹脂ケースで覆った体内挿入部
   （ハ）体内挿入部の後端にあって、前記体内挿入部のシャフトの軸受けを有し、走査駆動用モータが機械的振動の伝達を抑制する制振合金スペーサを介して取り付けられ、前記体内挿入部の金属ケースとは振動の伝達を抑制する導電性ガスケットを介して結合している駆動機構
2. 機械的駆動が、走査駆動用モータの反転繰り返しによる往復動であることを特徴とする請求項１記載の超音波探触子。
3. 体内挿入部の樹脂ケースと駆動機構との結合が振動減衰接着剤によって接着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波探触子。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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